【NASA下一代火星直升机旋翼突破音速，为重型载荷低空探测铺平道路】NASA喷气推进实验室（JPL）于2026年3月在南加州完成了一项关键测试：下一代火星直升机的旋翼叶片在模拟火星环境的特殊舱室内成功突破音障。测试数据表明，旋翼尖端可在超过马赫1的速度下安全运转而不发生解体。137次测试运行所采集的数据将帮助工程师设计能够搭载更重载荷（包括科学仪器）的飞行器。机智号于2021年4月19日完成了人类首次在另一颗行星上的受控空气动力飞行，作为开创性的技术验证项目，其未搭载科学仪器。NASA近期公布的SkyFall项目及其他潜在的火星飞行器将具备搭载载荷的能力，包括科学仪器和传感器。在旋翼动力学中，更大的推力通常来自更快的转速或更大的直径。这一规律在地球成立，但火星飞行器的设计必须更为激进。由于火星大气密度仅为地球的1%，为获得足够的升力，必须将叶片尖端推向音速。地球上的小直径旋翼虽也能达到每分钟数千转，但地球大气密度更高，无需逼近音速边缘。机智号飞行团队在72次火星飞行中始终将复合材料蒙皮泡沫旋翼的转速控制在不超过2700转/分钟，原因有二：一是避免音障附近不可预测的物理现象，二是防止意外阵风（如尘卷风）将旋翼尖端推过音速边缘。JPL团队在设计机智号飞行计划时，将无风条件下的旋翼叶片尖端速度控制在0.7马赫，以确保遭遇火星逆风时尖端不会超音速。但下一代火星飞行器需要更高的性能，因此必须验证旋翼能否在更高速度下安全运行。需要指出的是，地球海平面1马赫约为1223公里/小时，而火星上的音速显著更低，约为869公里/小时，这是由于火星稀薄、寒冷且富含二氧化碳的大气所致。工程师团队抽走空气并注入适量二氧化碳以匹配火星大气成分，随后在旋翼加速旋转时向其吹风。测试工程师预先在舱室部分内壁铺设金属板，以防叶片在超音速实验中解体。团队在数米外的控制室内通过显示屏监测试验数据及舱内画面，转速逐步攀升至3750转/分钟，此时尖端速度达到马赫0.98。随后，工程师启动舱内风扇向旋翼施加逆风，并在每次运行后逐步增加风速。团队最终将旋翼尖端速度推至马赫1.08，使火星飞行器的升力提升了30%。这一突破使未来任务能够支持更重的科学载荷，包括先进传感器和更大容量的电池以延长飞行时间。随后，团队对两叶片的SkyFall旋翼进行了测试。由于其长度略大于三叶片版本，仅需3570转/分钟即可在引入逆风前达到相同的近音速尖端速度。NASA艾姆斯研究中心气动学家、测试团队成员Shannah Withrow-Maser表示，这些旋翼的成功测试是证明在更严苛环境中飞行可行性的重要一步，对下一代飞行器至关重要。她指出，团队原本认为能达到马赫1.05已属幸运，而最后一次运行达到了马赫1.08，目前仍在深入分析数据，可能还有更大的推力潜力可挖掘。SkyFall任务设计团队已将测试结果纳入性能指标。受机智号启发——迄今为止唯一在另一颗行星上飞行的旋翼飞行器——SkyFall计划于2028年12月将三架下一代火星直升机送往火星。
